Truyền thông hợp tác mimo

i HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ PHẠM THỊ MAI HƯƠNG KHÓA: HỆ ĐÀO TẠO DÂN SỰ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT TỐI ƯU HÓA MẠNG CHUYỂN TIẾP MIMO NĂM 2014 ii 111Equation Chapter Section HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ PHẠM THỊ MAI HƯƠNG KHÓA: HỆ ĐÀO TẠO DÂN SỰ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG MÃ SỐ: 5252020109 NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT TỐI ƯU HÓA MẠNG CHUYỂN TIẾP MIMO Cán bộ hướng dẫn PGS TS Trần Xuân Nam iii NĂM 2014 BỘ QUỐC PHÒNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA: VÔ TUYẾN ĐIỆN TỬ Phê chuẩn Ngày tháng năm 2014 Độ mật: CHỦ NHIỆM KHOA Sớ: NHIỆM VỤ ĐỜ ÁN TỚT NGHIỆP Họ và tên: Phạm Thị Mai Hương Lớp: ĐTVT-8B Khóa: Ngành: Kỹ thuật điện - điện tử Chuyên ngành: Điện tử viễn thông Tên đề tài: Nghiên cứu kỹ thuật tối ưu mạng chuyển tiếp MIMO Các số liệu ban đầu: …………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Nội dung thuyết minh: Chương 1: Tổng quan truyền thông hợp tác MIMO Chương 2: Tối ưu mạng hợp tác MIMO Chương 3: Kết hợp tối ưu máy thu phát các hệ thống MIMO chuyển tiếp không tái sinh iv Số lượng, nội dung các vẽ và các sản phẩm cụ thể (nếu có): …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Cán bộ hướng dẫn: PGS-TS Trần Xn Nam, Thượng tá, Phó chủ nhiệm khoa Vơ tuyến điện tử, Học viện Kỹ thuật Quân sự Ngày giao: 14/01/2014 Ngày hoàn thành: 20/04/2014 Hà Nội, ngày 20 tháng 04 năm 2014 Chủ nhiệm môn Cán hướng dẫn Thượng tá, PGS-TS Trần Xuân Nam Học viên thực Đã hoàn thành và nộp đồ án ngày 20 tháng 04 năm 2014 i MỤC LỤC MỤC LỤCC LỤC LỤCC i MỤC LỤC…… …………………………………………………………… i DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iii DANH SÁCH HÌNH VẼ .…….iii DANH MỤC KÝ HIỆU TOÁN HỌC iii LỜI MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THƠNG HỢP TÁC MIMO… .3 1.1 Truyền thơng hợp tác… 1.1.1 Khái quát chung truyền thông hợp tác 1.1.3 Ứng dụng của truyền thông hợp tác 1.2 Kỹ thuật truyền dẫn MIMO .3 1.2.1 Các kỹ thuật phân tập thông tin vô tuyến 1.2.2 Một số kỹ thuật kết hợp tín hiệu 1.2.3 Các phương pháp truyền dẫn kênh MIMO 1.3 Các phương pháp tách tín hiệu hệ thớng MIMO .3 1.4 Tóm tắt chương Chương 2: TỐI ƯU MẠNG HỢP TÁC MIMO…………………… …… 18 2.1 Tối ưu hệ thống MIMO một chiều hai chặng 2.1.1 Mơ hình tín hiệu 2.1.2 Công thức bài toán .3 2.1.3 Tối ưu (W ,U , F ) 2.1.4 Tối ưu (W ,U , F ) cho bài toán P2 cho bài toán P1 2.1.5 Mở rộng đối với các kiến trúc không tuyến tính 2.1.6 Mở rộng đối với các kênh pha-đinh chọn lọc tần số 2.2 Tối ưu hệ thống MIMO một chiều đa chặng .3 2.3 Tối ưu hệ thống MIMO một chiều hai chặngđa chuyển tiếpsong song 2.4 Tối ưu hệ thống MIMO một chiều hai chặng cóliên kết Nguồn-Đích 2.5 Tới ưu hệ thống MIMO hai chiều hai chặng .3 ii Chương 3: KẾT HỢP TỐI ƯU MÁY THU PHÁT TRONG CÁC HỆ THỐNG MIMO CHUYỂN TIẾP KHÔNG TÁI SINH………………………………….36 3.1 Đặt vấn đề 3.2 Mơ hình hệ thớng đề xuất 3.3 Kết mô .3 3.3.1 Mơ hình mơ 3.3.2 Phân tích kết .3 3.4 Tóm tắt chương iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AF Amplify-and-Forward Khuếch đại và chuyển tiếp BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bít CCI Co-Channel Interference Nhiễu đồng kênh DF Decode-and-Forward Giải mã và chuyển tiếp MIMO MISO Multiple Input-Multiple Output Multiple Input – Single Output Nhiều đầu vào-nhiều đầu Nhiều đầu vào - một đầu MRC Maximal Ratio Combiner Kết hợp tỉ lệ tối đa MMSE Minimum Mean Square Error MSE Mean Square Error Sai sớ bình phương trung bình QPSK Quadrature Phase Shift Keying SDM Spatial Division Multiplexing Khóa dịch pha cầu phương Ghép kênh phân chia theo SNR Signal to Noise Ratio Sai sớ bình phương trung bình nhỏ khơng gian Tỉ số tín hiệu tạp âm iv DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Mơ hình mợt hệ thớng truyền thông hợp tác đa nút Hình 1.2: Mơ hình phương pháp kết hợp chọn lọc .3 Hình 1.3: Mơ hình phương pháp kết hợp tỷ số cực đại .3 Hình 1.4: Đợ lợi phân tập của các phương pháp kết hợp phân tập Hình 1.5: Ba phương pháp truyền dẫn điển hình kênh MIMO Hình 1.6: Sơ đồ khới hệ thống M N MIMO-SDM Hình 1.7: Mợt sớ bợ tách tín hiệu cho hệ thớng MIMO-SDM Hình 1.8: Sơ đồ bộ tách tín hiệu tuyến tính cho hệ thống MIMO-SDM 3Y Hình 2.1: Sơ đồ khới mợt hệ thớng MIMO tuyến tính mợt chiều hai chặng .3 Hình 2.2: Sơ đồ khối tương đương của một hệ thống MIMO mợt chiều hai chặng khơng có đường trực tiếp Hình 2.3: BER của mợt hệ thớng MIMO mợt chiều hai chặng với các tiêu chuẩn tối ưu khác Hình 2.4: Cơng suất tiêu thụ Đích sử dụng máy thu tuyến tính DFE Hình 2.5: Sơ đồ khới của mợt hệ thớng MIMO mợt chiều đa chặng Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống MIMO một chiều hai chặng đa nút chủn tiếp Hình 2.7: Sơ đồ khới của một hệ thống MIMO tuyến tính hai chiều hai chặng Hình 3.1: Mơ hình mợt hệ thớng truyền thơng hợp tác MIMO một chiều hai chặng, không tái sinh, tuyến tính Hình 3.2:Phẩm chất BER theo SNR2 cớ định SNR1=20dB tối ưu theo hai tiêu chuẩn ZF và MMSE của QPSK với N s = N r = N d = Hình 3.3:Phẩm chất BER theo SNR2 cớ định SNR1=20dB tối ưu theo hai tiêu chuẩn ZF và MMSE của 8-PSK với N s = N r = Nd = v Hình 3.4: Phẩm chất BER theo SNR1 cố định SNR 2=20dB tối ưu theo hai tiêu chuẩn ZF và MMSE của QPSK với N s = N r = N d = Hình 3.5: Phẩm chất BER theo SNR1 cố định SNR 2=20dB tối ưu theo hai tiêu chuẩn ZF và MMSE của 8-PSK với N s = N r = N d = vi DANH MỤC KÝ HIỆU TOÁN HỌC Ký hiệu Ý Ý nghĩa Chữ thường, Biến số in nghiêng Chữ thường, in Vec-tơ nghiêng, đậm Chữ hoa, in Ma trận nghiêng, đậm E{.} Phép tính kỳ vọng tr(· ) Phép toán lấy vết của ma trận · Ví dụ x s H E{x} tr(H ) Chuẩn Frobenious của ma trận W @ Phép toán định nghĩa H srd @ H rdFr H sr IK Ma trận đơn vị bậc K I2 Phép toán lấy chuyển vị HT T ( ×) H ( ×) log( × ) Phép toán lấy chuyển vị Hermitian Lô ga rít tự nhiên HH log( 8) Ma trận đường chéo kích thước A = diag{an } n = 1,2, ,K £M´ N éX ù ê û úi,j ë K ´ K với các phần tử { a đường chéo n Tập ma trận kích thước M ´ N với các giá trị phức Phần tử thứ i, j của ma trận X } F k = diag F 1k, F k2, F k3 U Ỵ £ 2´ éE ù ;m = 1,2, , M êû úm,m ë